Adaptation du vol à la prédation chez
certains oiseaux chasseurs et pêcheurs.
Table des matières
Introduction
1
èrePartie : Le vol : notions préalables
et équipement des oiseaux.
1. Les oiseaux maîtres de l’air.
1.1. Les propriétés de l’air. 17
1.2. Interaction entre l’air et un corps.
1.2.1. La résistance de l’air. 18 1.2.2. Principe du mouvement relatif. 18 1.2.3. Notion de portance et traînée. 19
1.3. L’origine de la sustentation.
1.3.1. Définitions concernant l’aile. 21 1.3.2. Distribution des pressions autour de l’aile. 23
1.4. Portance et Traînée.
1.4.1. Portance. 26
1.4.2. Traînée. 26
1.4.3. Influence de l’angle d’incidence. 29
2. L’équipement de vol des oiseaux. 2.1. Relations entre le dessin de l’aile et le type de vol.
2.1.1. Données aérodynamiques caractérisant l’aile. 33 2.1.2. Les grands types d’ailes chez les oiseaux. 35
2.2. Une anatomie vouée au vol.
2.2.1. Les plumes. 36
2.2.2. Les ailes. 43
2.2.3. La queue. 46
2
èmePartie : Le vol, élément essentiel au repérage
des proies dans l’activité prédatrice.
1. Vol plané au dessus des terres. 1.1. Descriptif et équipement de vol des oiseaux planeurs.
1.1.1. Particularités physiques. 49 1.1.2. Adaptations particulières à la pratique du vol à voile. 52 1.1.3. L’oiseau dans son milieu naturel. 53
1.2. Technique du vol à voile.
1.2.1. Principe. 54
1.2.2. Origine de la poussée ascensionnelle ; les ascendances. 55
1.3. Performance de vol des vautours.
1.3.1. Eviction du vol battu. 57 1.3.2. Des spécialistes du vol à voile. 57 1.3.3. Facteurs limitants. 59
1.4. Le vol de prospection.
1.4.2. Données comparatives au condor des andes. 62
1.5. Le choix de ce type d’aile. 64
2. Vol plané au dessus des mers. 2.1. Le plus grand planeur des océans : l’albatros hurleur.
2.1.1. Un oiseau dessiné pour planer. 65 2.1.2. La pratique du vol plané dynamique. 66 2.1.3. La quête de nourriture au dessus des océans et son coût
énergétique. 68
2.2. Utilisation de l’orographie à la surface des océans.
2.2.1. Plané orographique. 71 2.2.2. Autres courants porteurs. 72
3. Le vol stationnaire.
3.1. Vol stationnaire associé au vol plané. 75
3.2. Vol stationnaire associé au vol battu. 78
3èmé Partie : Le vol, élément essentiel
à la capture des proies.
1. La poursuite à faible altitude .
1.1. La pratique du vol battu. 79
1.2. La chasse de l’épervier et de l’autour.
1.2.1. Caractéristiques. 81 1.2.2. Techniques de chasses et succès . 82
2. La capture en piqué. 2.1. Descriptif et équipement de vol du faucon pèlerin.
2.1.1. Particularités physiques . 85 2.1.2. Particularités adaptatives. 87
2.2. L’oiseau dans les airs. 88
2.3. Un chasseur de haut vol.
2.3.1. L’oiseau face à un paradoxe . 90 2.3.2. Oiseaux de fauconneries et oiseaux sauvages . 92 2.3.3. Déroulement de l’attaque. 93
2.4. Taux de réussites et données d’observations. 98
3. Capture au ras de l’eau.
3.1. Caractéristiques. 99
3.2. Techniques de pêche du balbuzard. 100
3.3. Techniques de pêche du pygargue. 103
4. Le plongeon depuis les airs.
4.1. Le fou de bassan. 104
5. Le vol sous l’eau.
5.1. Caractéristiques du macareux moine. 108
5.2. Le compromis air / eau. 109
5.3. Cinématique du vol sous l’eau. 110
Conclusion
Annexes :
§ annexe 1 : photographies des espèces citées en exemple 123 § annexe 2 : photographies des ailes des espèces ou espèces proches citées en exemple 128
Table des illustrations
• Figure 1: notions de résultante, portance, traînée, centre de poussée et vent relatif 19
• Figure 2: oiseau en équilibre sous l'action des quatre forces 20
• Figure 3: définition de l'angle d'incidence i 21
• Figure 4: intérêt du corps profilé dans la pénétration dans l'air 22
• Figure 5: écoulement de l'air autour d'une aile 23
• Figure 6: répartition des pressions autour de l'aile 25
• Figure 7: la portance est davantage le fait de la dépression sur l'extrados,
que de la surpression sur l'intrados 25
• Figure 8: origine de la traînée induite 28
• Figure 9: action du vent frappant une aile sous un angle d'incidence faible (2°) 29
• Figure 10: action du vent frappant une aile sous un angle d'incidence de valeur moyenne 31
• Figure 11: action du vent frappant une aile sous un angle d'incidence à valeur critique 32
• Figure 12: les grands types d'ailes chez les oiseaux 34
• Figure 13-A: une plume (penne) vue au microscope 37
• Figure 13-B: grossissement d'une barbe, montrant le réseau entrelacé des barbules 38
• Figure 13-C: détails des crochets des barbules 38
• Figure 13-D: différents types de plumes 38
• Figure 14: implantation des plumes sur l'aile 40
• Figure 15 : position des différents groupes de plumes sur l’aile 40
• Figure 16: rôle de l'alule 41
• Figure 17: rémiges primaires 42
• Figure 18 : anatomie des os de l’aile 44
• Figure 19: influence de la flèche 45
• Figure 20: influence du dièdre 45
• Figure 21: différentes formes de queues 47
• Figure 22: rôle stabilisateur de la queue dans les mouvements de cabrer 48
• Figure 23: silhouette du vautour fauve en vol 50
• Figure 24: émargination des rémiges primaires 52
• Figure 25: les ascendances 56
• Figure 26: le vautour cercle au plus près du centre de la colonne 57
• Figure 27: rapidité des vautours 59
• Figure 28: vol de prospection des vautours 60
• Figure 30: silhouettes du condor des Andes en vol 64
• Figure 31: silhouette de l'albatros hurleur 66
• Figure 32: gradient de vent à la surface des océans 67
• Figure 33: profil du vol de l'albatros utilisant le gradient de vent 68
• Figure 34: les différents trajets du vol de prospection 69
• Figure 35: principe du plané orographique 71
• Figure 36: utilisation des courants au bord d es falaises, par vent de mer
ou par vent de terre 72
• Figure 37: hypothèse d’ascendances thermiques au dessus des océans 73
• Figure 38: hypothèse de routes porteuses permettant le vol plané 74
• Figure 39: principe de l'ancre flottante, position d'équilibre 76
• Figure 40: crécerelle suspendue dans le ciel 77
• Figure 41: les séquences du vol battu 80
• Figure 42: rémige primaire de goéland 81
• Figure 43: épervier d'Europe 82
• Figure 44: autour d es palombes 82
• Figure 45: chasse de l'autour placé en embuscade 83
• Figure 46: chasse de l'épervier en quête d'une proie 84
• Figure 47: plumage du faucon pèlerin 87
• Figure 48: frelon et vision du faucon pèlerin 88
• Figure 49: faucon pèlerin en vol 89
• Figure 50: trajectoire idéale pendant le piqué 92
• Figure 51: attitude pendant le piqué 95
• Figure 52: déroulement de l'attaque 96
• Figure 53: capture des proies 98
• Figure 54 : pygargue 100
• Figure 55 : technique de pêche du balbuzard 102
• Figure 56: deux techniques de pêche différentes 103
• Figure 57: plongeon du fou de bassan 106
• Figure 58 : le macareux moine 109
• Figure 59: cinématique de la nage du macareux moine 111
• Figure 60: descriptif des mouvements des ailes pendant la nage 112
• Photo 1 : balbuzard pêcheur avec sa prise 100
• Photo 2: le fou de bassan 105
• Photo 3: plongeon du pélican brun 107
Introduction
La maîtrise du milieu aérien est sans conteste l’apanage des oiseaux. L’homme, poussé par le rêve de voler, a su développer au cours du temps tout un attirail d’ingéniosité dans le but d’imiter ces animaux. Aujourd’hui encore, la technologie nouvelle s’inspire toujours du vol des oiseaux, et leurs adaptations particulières au vol restent encore une source d’inspiration ou tout au moins d’admiration pour l’homme.
Les oiseaux ont su développer des qualités morphologiques et physiologiques afin d’adapter au mieux leur vol à leur mode de vie, ce développement étant étroitement lié aux besoins relatifs à la prise de nourriture.
Nous allons voir comment l’évolution a su répondre aux aptitudes particulières de vol requises par l’activité prédatrice, chez certains oiseaux chasseurs et pêcheurs.
Dans un premier temps, nous aborderons quelques notions de mécanique du vol, en nous intéressant à l’équipement de vol des oiseaux. Ensuite nous découvrirons quelques oiseaux ayant développé un vol spécialisé dans le repérage des proies. Enfin nous nous attacherons aux oiseaux dont les spécificités du vol visent à permettre la capture des proies après une phase de poursuite.
1ère Partie : le vol ; notions préalables et
équipement des oiseaux.
(13, 16, 51, 69, 70)
Pour prendre conscience du degré de spécialisation du vol proposé par certains oiseaux, il est nécessaire de rappeler les principes généraux du vol en milieu aérien. Nous aborderons dans un premier temps les grandes notions de mécanique relatives au vol, puis dans un second temps, nous découvrirons l’équipement général de vol des oiseaux.
1. Les oiseaux maîtres de l’air.
Toute la biomécanique du vol repose sur un élément essentiel : l’interaction entre l’oiseau et l’air.
1.1. Les propriétés de l’air.
L’air, mélange gazeux invisible composé de molécules extrêmement mobiles, a des propriétés communes à tous les gaz:
• Un poids. De ce fait, il exerce une pression sur les surfaces de tous corps.
• Il est expansible. Il occupe tout l’espace qui lui est offert.
• Il est compressible. On peut réduire le volume occupé en exerçant sur lui une force donnée.
• Il est élastique. Il reprend son volume initial dès qu’il est replacé dans les conditions ayant précédé sa compression ou sa détente.
L’air est aussi un fluide, de densité égale à 1.2 kg/m3 et de viscosité égale à 1.8×103 kg/m/s ; soit des valeurs respectivement 800 et 50 fois inférieures à celles de l’eau.
Le poids de l’air est évidemment très faible par rapport aux autres corps. Pourtant, c’est par cette propriété que le vol est rendu possible.
Les forces de sustentation s’appliquant à tout objet volant dépendent étroitement de la densité de l’air. La densité diminuant rapidement avec l’altitude, il est de plus en plus difficile de voler au fur et à mesure que l’on s’élève dans l’atmosphère.
1.2. Interaction entre l’air et un corps.
1.2.1. La résistance de l’air.
Tout corps se déplaçant dans les airs est soumis à une résistance. Cette résistance imposée par l’air rend le vol possible. Si on travaille en soufflerie avec de la fumée matérialisant le comportement de l’air vis à vis d’un corps, cette notion de résistance devient alors évidente.
Tout vol ailé dépend de cette résistance, et tout corps en mouvement dans l’air est soumis à l’action d’une force qui tend à s’opposer à ce mouvement, cette force est fonction des propriétés de l’air (viscosité, inertie, compressibilité…), mais aussi de celle de l’objet considéré (sa forme, sa surface…).
La résistance de l’air sur un corps est une force décomposable en deux forces élémentaires, s’appliquant en chaque point de la surface du corps considéré.
• La première relativement évidente, est une force élémentaire de pression perpendiculaire à la surface.
• La seconde est une force élémentaire de frottement tangente à la surface, due à la viscosit é de l’air.
Plutôt que de prendre en compte toutes ces forces individuellement, nous allons considérer une force unique, qui traduit leur effet global, cette force est la résultante
aérodynamique.
1.2.2. Principe du mouvement relatif.
L’expression de la résultante aérodynamique, qui va traduire l’ensemble des forces s’exerçant sur l’aile pendant le vol, va être fonction de l’interaction entre l’aile et l’air environnant. La notion de mouvement relatif est alors à intégrer.
Le mouvement relatif c’est :
• Le déplacement d’un corps dans l’air (vol dans l’air calme)
• Le déplacement de l’air autour d’un corps (maquette en essai en soufflerie)
Nous admettons, dans un cas comme dans l’autre, que les effets produits et les forces mises en jeu sont identiques
Le courant d’air baignant le corps en mouvement relatif est nommé vent relatif. Ainsi un albatros se déplaçant à une vitesse V dans l’air calme, ou étant en vol stationnaire grâce à un vent de face de même vitesse V, sera soumis aux mêmes contraintes physiques imposées par l’air.
1.2.3. Notion de portance et traînée.
La résultante aérodynamique est une force de substitution dont l’intensité est égale à la somme des intensités de toutes les autres, et dont la direction est donnée par la direction moyenne de toutes ces forces élémentaires.
La direction, l’intensité et le sens de la résultante peuvent être représentés sur un profil d’aile (fig. 1) : le point d’application de ce vecteur correspondra au centre de poussée, point où l’ensemble des forces élémentaires appliquées à l’aile sont en équilibre à un instant donné. résultante portance traînée centre de poussée vent
La résultante matérialise donc tous les effets dus à la résistance offerte par l’aile au déplacement de l’air. Effets bénéfiques lorsqu’ils concourent à la sustentation, ou bien nuisibles lorsqu’ils s’opposent à l’avancement.
Ces deux effets sont matérialisés par deux forces composantes : (fig. 1)
• La portance, perpendiculaire au vent relatif. Elle matérialise la fraction utile de la résultante, assurant la sustentation de l’aile et permettant le vol.
• La traînée, parallèle au vent relatif et matérialisant, elle, la fraction nuisible de la résultante, exerçant toujours une action inverse au mouvement de l’aile.
Soit un oiseau volant à une hauteur et une vitesse constantes, alors la portance compense exactement le poids de l’oiseau, et la force de propulsion égale la traînée. (fig. 2)
Figure 2: oiseau en équilibre sous l'action des quatre forces. (13)
Portance et traînée sont toujours définies par rapport à la direction du vent relatif, qui peut être de direction quelconque. Sur la figure 1, le vent relatif est horizontal, la portance est verticale, et la traînée horizontale.
traînée traction
poids portance
1.3. L’origine de la sustentation.
1.3.1. Définitions concernant l’aile.
Un certain nombre de caractéristiques géométriques se rapportant à l’aile sont utiles à connaître.
• L’envergure. C’est la plus grande distance comprise entre les deux extrémités de l’aile, mesurée perpendiculairement à l’axe de l’animal.
• Le bord d’attaque , partie la plus en avant de l’aile.
• Le bord de fuite, partie la plus en arrière de l’aile.
• La profondeur. C’est la distance en un point quelconque de l’aile entre le bord de fuite et le bord d’attaque.
• La surface de l’aile, surface de sa vue en plan.
• L’angle d’incidence :
Le vent relatif matérialise la vitesse et la direction du courant d’air agissant sur l’aile, dont l’action est toujours opposée à la direction du mouvement de celle-ci. L’angle sous lequel l’aile est frappée par le vent relatif est appelé angle d’incidence, c’est par définition l’angle formé entre la corde de référence du profil considéré (cf. suite), et la direction du vent relatif. Cet angle joue un rôle fondamental dans toutes les questions touchant au vol. (fig. 3).
Figure 3: définition de l'angle d'incidence i. (13)
• Le profil d’aile :
La figure 4 présente l’évolution de la résistance d’un corps auquel on affine progressivement les formes, jusqu'à obtention d’un corps profilé, il apparaît alors évident que la forme de l’aile de l’oiseau joue un rôle très important : le but étant de diminuer au
Figure 4: intérêt du corps profilé dans la pénétration dans l'air. (100 % chiffre la résistance totale du disque, elle n’est plus que de 50% pour la sphère, et de 12% pour le corps profilé). (13)
disque sphère
En pratiquant une section d’aile parallèlement au vent relatif, on obtient un contour géométrique appelé profil d’aile.
- La corde de référence est la droite joignant le bord
d’attaque au bord de fuite.
- L’extrados est la face supérieure de l'aile, l’intrados la face inférieure.
- L’épaisseur du profil est la distance entre l’intrados
et l’extrados.
1.3.2. Distribution des pressions autour de l’aile.
• Ecoulement de l’air autour d’une aile.
Considérons un profil d’aile et le trajet des filets d’air l’entourant (fig. 5). Une zone de perturbation due à la présence de l’aile, est créée entre deux zones non perturbées. Dans la zone perturbée, on remarque que plus les filets d’air sont proches de la surface de l’aile, plus ils sont déformés et inversement en s’éloignant de la surface de l’aile où l’on retrouve une région où la vitesse relative n’est alors plus modifiée ni en grandeur ni en direction. Cette perturbation est particulièrement marquée sur l’extrados en avant de l’aile.
Figure 5: écoulement de l'air autour d'une aile. (13)
Zone perturbée : rétrécissement et accélération des filets d’air
• La diminution de pression sur l’extrados :
Comme nous venons de le voir, les filets d’air sur l’extrados sont plus déformés que sur l’intrados. Tout particulièrement vers l’avant où la masse d’air doit s’écouler entre l’aile et la région supérieure non troublée, les filets d’air convergent et deviennent plus proches les uns des autres.
Cette région est capitale pour la sustentation ; en effet, la loi de Bernoulli sur la mécanique des fluides nous apprend que lorsqu’on diminue la section offerte à l’écoulement d’un fluide, sa vitesse augmente, et cette augmentation de vitesse, s’accompagne d’une diminution de pression.
Ainsi, la région de l’aile décrite précédemment est le siège d’une diminution de pression : la région autour de l’extrados est en sous pression vis-à-vis de celle autour de l’intrados où règne la pression atmosphérique, de cette différence de pression naît la force de sustentation.
• Surpression sur l’intrados
Dans l’exemple précèdent, où l’angle d’incidence est faible, la pression régnante sur l’intrados est voisine de la pression atmosphérique. Cependant si on observe un angle d’incidence positif, des molécules gazeuses viennent frapper l’aile et sont brusquement rejetées vers le bas ; cette poussée supplémentaire ajoutée à la pression atmosphérique est à l’origine d’une surpression sur l’intrados. La différence de pression extrados intrados est ainsi plus marquée, la sustentation est renforcée.
Il est possible de mesurer la valeur des pressions sur les différentes parties de l’aile (fig. 6), nous visualisons alors parfaitement la différence de pression entre les deux plans de l’aile, à l’origine de la sustentation. Il faut noter que toutes variations de l’angle d’attaque de l’aile, s’accompagnent de variations des différences de pression.
Pour un angle d’incidence moyen, la surpression régnant sur l’intrados fourni 25% de la force de sustentation, contre 75% pour la dépression intéressant l’extrados. On dit souvent qu’une aile est davantage aspirée vers le haut qu’elle n’est portée. (fig. 7)
Figure 6 : répartition des pressions autour de l'aile. (13)
Figure 7: la portance est davantage le fait de la dépression sur l'extrados, que de la surpression sur l'intrados. (13)
dépression sur l’extrados
surpression sur l’intrados
vent
dépression
1.4. Portance et Traînée.
1.4.1. Portance.
Portance = ½ C l × aire × densité × vitesse²
(Cl étant le coefficient de portance)
La portance assure la sustentation de l’aile. Elle croît proportionnellement avec l’augmentation de la surface de l’aile, de la densité de l’air et avec le carré de la vitesse.
1.4.2. Traînée.
L’action de l’air sur l’oiseau en vol génère une force s’opposant à l’avancée de ce dernier : la traînée. Cette force peut être séparée en trois entités, la traînée de profil, la traînée parasite, et la traînée induite.
• La traînée de profil est due aux frottements de l’air visqueux sur la surface de l’aile plus ou moins rugueuse, ainsi qu’aux différentes pressions appliquées sur cette même surface.
Traînée de profil = ½ Ct × aire × densité × vitesse²
(Ct étant le coefficient de traînée)
• La traînée parasite de la même façon que la traînée de profil, est due aux frottements de l’air mais ici sur le corps de l’oiseau.
• La traînée induite, elle, est une conséquence de la portance. En effet, la portance s’accompagne d’une différence de pression entre l’intrados et l’extrados. Hors, ces différences de pression tendant toujours à se compenser : un mouvement d’air des hautes pressions (intrados) vers les basses pressions (extrados) va se produire. Cet écoulement se fait au niveau des bords marginaux des ailes, créant deux tourbillons marginaux (fig. 8).
Plus la différence de pression est marquée, plus l’intensité de ces tourbillons est grande. Ainsi, ils sont intenses lors de portance élevée, et disparaissent à l’incidence où la portance est nulle.
D’autre part, la dépression sur l’extrados par rapport à l’air autour de l’aile conduit les filets d’air à converger vers le corps de l’oiseau, tout comme la surpression de l’intrados par rapport à l’air entourant le reste de l’aile conduit les filets d’air à diverger vers l’extérieur de l’aile.
Lorsque ces filets d’air se rencontrent en arrière de l’aile, ils s’enroulent sur eux mêmes, formant une nappe de tourbillons élémentaires se joignant aux tourbillons marginaux.
Des qu’il y a portance, des tourbillons sont générés, responsable de la traînée induite.
Traînée induite = Portance ² / (2 × aire × densité × vitesse² × allongement)
Figure 8: origine de la traînée induite. (13)
répartition des pressions autour de l’aile
déviation des filets d’air sur l’extrados
bord de fuite
tourbillon élémentaire
déviation des filets d’air sur l’intrados
tourbillon marginal
1.4.3. Influence de l’angle d’incidence
• Angle d’incidence à faible valeur.
Les trajets des filets d’air sont peu modifiés dans leur trajectoire (fig. 9), si ce n’est sur l’extrados où existe une dépression peu marquée. On note aussi une surpression localisée sur le bord d’attaque. Dans ce cas précis, seule la dépression sur l’extrados assure la sustentation, sa valeur est faible, la portance l’est elle aussi, mais il en est de même pour la traînée, les forces de frottement étant réduites dans cette configuration là.
Figure 9: action du vent frappant une aile sous un angle d'incidence faible (2°). (13, 51)
répartition des pressions autour de l’aile trajet des filets d’air autour de l’aile
portance
• angle d’incidence à valeur élevée
Atteinte progressive d’une valeur de 15° pour l’angle d’incidence, l’écoulement de l’air est beaucoup plus perturbé (fig. 10). La forte déviation de filets d’air vers le haut sur l’extrados concourt à créer une forte dépression sur cette zone.
En outre, la déviation imposée vers le bas au niveau de l’intrados concourt ici à créer une surpression, de ce fait la différence de pression de part et d’autre de l’aile est marquée, la portance est forte.
Cependant on remarque aussi le développement d’une zone de turbulence en arrière de l’extrados et de ce fait une augmentation concomitante de la traînée, augmentation toutefois moins importante en comparaison que celle de la portance.
• Angle d’incidence à valeur critique
L’angle d’incidence varie alors entre 15° et 20°. A partir de ces valeurs, les filets d’air ne suivent plus le contour du profil de l’extrados, ils se décollent de celui-ci générant en lieu et place une forte zone de remous et de tourbillons se propageant vers l’arrière (fig. 11). La dépression sur l’extrados s’amenuise, la portance diminue brusquement alors que la traînée elle s’accroît du fait de la perturbation de l’écoulement continu de l’air. L’aile insuffisamment sustentée fait une abattée vers l’avant, elle décroche.
Durant le décrochage, il reste toujours une sustentation, fournie par la surpression sur l’intrados, mais alors insuffisante pour soutenir l’aile.
Figure 10: action du vent frappant une aile sous un angle d'incidence de valeur moyenne. (13, 51)
trajet des filets d’air autour de l’aile zone de turbulences en arrière de l’aile
répartition des pressions sur l’aile portance
traînée
Figure 11 : action du vent frappant une aile sous un angle d'incidence à valeur critique. (13, 51)
En résumé, la portance et la traînée croissent avec l’angle d’incidence, jusqu'à une valeur critique : l’angle de décrochage, où la portance chute brusquement, tandis que la traînée, elle augmente fortement.
Cet aperçu théorique de mécanique nous permet de comprendre comment le vol en milieu aérien est rendu possible. Nous allons maintenant voir un aspect plus pratique, c’est à dire les particularités morphologiques des oiseaux permettant le vol.
aile zone de turbulences vent relatif portance traînée 18°
2. L’équipement de vol des oiseaux.
2.1. Relations entre le dessin de l’aile et le type de vol.
Chaque oiseau développe un vol particulier, adapté à son habitat et son mode de vie. La forme de l’aile est alors déterminante.
2.1.1. Données aérodynamiques caractérisant l’aile.
• La charge alaire est le rapport du poids de l’oiseau par la surface de ses ailes.
CHARGE ALAIRE = POIDS / SURFACE
(en Newton /m² ou Kg /m²)
Une charge alaire faible permet de réduire la vitesse limite de décrochage.
• L’allongement (ou coefficient d’aspect) est le rapport entre l’envergure et la profondeur moyenne de l’aile.
ALLONGEMENT = ENVERGURE / PROFONDEUR
Les ailes d’allongement élevé « prennent appui sur plus d’air », et ont une traînée induite moindre. Elles permettent donc un vol plané plus efficace, et aussi plus économique.
En contre partie la vitesse de décrochage est légèrement plus élevée.
• La finesse
La finesse donne le rapport entre portance et traînée pour une aile donnée.
FINESSE = PORTANCE / TRAINEE
Plus la finesse est grande, et plus l’aile sera efficace.
2.1.2. Les grands types d’ailes chez les oiseaux.
Les oiseaux ont tous une forme d’aile bien particulière à leur « catégorie ». Cependant, nous pouvons arbitrairement classer les ailes de ces animaux en cinq grands groupes. L’allongement, la charge alaire et la finesse donneront des valeurs représentatives pour chacun de ces ensembles, caractérisant des aptitudes au vol particulières (fig. 12).
Figure 12 : les grands types d'ailes chez les oiseaux. (3, 46)
• Aile présentant un allongement élevé. (fig. 12-1)
Aile longue et étroite, pointue à l’extrémité, sans émarginations (cf 2.2.1). Elle est dévolue aux planeurs marins tels que les fous et les albatros. Ce type d’aile autorise le vol plané à grande vitesse dans les forts courants aériens.
L’allongement atteint la valeur de 20 pour l’albatros hurleur (3). La finesse est élevée, tout comme la charge alaire.
En contrepartie, la manoeuvrabilité est plus réduite en l’air et au sol, et l’ossature de l’aile tend à alourdir l’oiseau. Sa relative fragilité et son encombrement imposent un habitat sans obstacle.
1 aile longue et étroite
2 aile longue et large
3 aile modérément longue et large 5 aile elliptique 4 aile pointue relativement petite et étroite
• Aile offrant une portance très élevée. (fig. 12-2)
Profondément émarginées chez les grands vautours et les condors, ces ailes longues et larges sont propices au vol plané exclusif à faible vitesse.
Le vautour fauve par exemple présente une charge alaire basse de 76 N/m² et un allongement approchant les 7. (3,13). Ce dernier bien que faible en comparaison à celui de l’albatros, reflète la spécificité adaptative de ce type d’aile qui allie efficacité pour le glissé et manoeuvrabilité, permettant ainsi le décollage sur distances courtes et l’atterrissage sur des branches.
• Aile modérément longue et large. (fig. 12-3)
Typique de la buse, légèrement arquée, arrondie et émarginée à l’extrémité, cette aile peu spécialisée permet de planer avec peu de battements.
• Aile pointue, relativement petite et étroite. (fig. 12-4)
Typique des faucons, elle a l’aspect d’une lame effilée en forme de faux, adaptée aux grandes vitesses. Le bout de l’aile est fin, sans émarginations, et peut être orienté vers l’arrière pour constituer une flèche et minimiser la traînée induite.
La traînée est faible, et l’allongement assez fort, de 5 à 8. Malgré une forte charge alaire, ce type d’aile autorise un vol plané convenable, à une vitesse toutefois plus élevée en comparaison d’un oiseau de même poids.
• Les ailes elliptiques. (fig. 12-5)
Ces ailes courtes, larges et arrondies aux extrémités sont caractéristiques des éperviers. L’émargination marquée permet à l’oiseau de séparer facilement ses primaires. C’est une aile à allongement faible, compris entre 3 et 6, mais qui procure une portance élevée à faible vitesse.
Elle offre une manoeuvrabilité excellente et un vol rapide adapté aux terrains de chasse accidentés que représentent les zones boisées.
Données aérodynamiques Qualité du vol Aile longue et étroite
(ex : albatros hurleur)
Allongement : très élevé (20) Charge alaire : élevée (133 N/m²)
Vol Plané rapide dans les forts courants.
Manoeuvrabilité réduite
Aile longue, large, émarginée
(ex : vautour fauve)
Allongement : élevé (7) Charge alaire : relativement faible
(76 N/m²)
Vol p lané à faible vitesse. Bonne manoeuvrabilité.
Aile modérément longue et large
(ex : buse pattue)
Allongement : modéré (5) Charge alaire : faible (45 N/m²)
Vol plané et vol battu faciles Bonne manoeuvrabilité.
Aile petite, pointue et étroite
(ex : faucon pèlerin)
Allongement : assez fort (8) Charge alaire : plutôt élevée (70
N/m²)
Stabilité du vol en piqué Vol plané efficace mais assez
rapide Rayon de virage large
Aile elliptique
(ex : autour des palombes)
Allongement : faible (3-6) Charge alaire : faible (55 N/m²)
Manoeuvrabilité excellente Propice au vol battu
Tableau 1 : récapitulatif des grands types d’ailes chez les oiseaux. (3, 13, 34, 36)
2.2. Une anatomie vouée au vol.
Après cet aperçu quelque peu théorique des qualités aérodynamiques des oiseaux, nous allons maintenant nous attacher à l’être biologique et découvrir son équipement de vol.
2.2.1. Les plumes.
C’est dans la forme des plumes et dans la finesse de leur contrôle que résident les clés du vol chez les oiseaux. En effet un oiseau va constamment adapter la forme de ses ailes pendant le vol en réponse aux différentes pressions exercées par l’air. Ainsi, au cours d’un seul battement d’aile, chacune des rémiges primaires, plumes de l’extrémité de l’aile passe par une série de conformations et de tailles différentes.
• Anatomie des plumes (fig. 13 A, B, C, D)
Les plumes sont formées d’un tuyau central, la hampe, composé de deux parties : une portion proximale creuse, le calamus ou tuyau ; une portion distale pleine, le rachis, présentant de chaque côté dans un seul plan, des ramifications primaires ou barbes.
Ces barbes confèrent à la plume son élasticité et participent ainsi aux modifications de formes en fonction de la pression exercée par l’air sur la plume. Ces barbes peuve nt être comparées aux dents d’un peigne : sur certaines plumes elles sont très flexibles si bien qu’elles peuvent facilement être pliées vers la pointe ou la base de la plume, par contre elles sont particulièrement résistantes à toute force exercée vers le haut ou le bas, (tout comme les dents d’un peigne).
Figure 13-A : plume (penne) vue au microscope : on note que chaque barbe est une "plume miniature", qui porte des barbules. (90)
De chaque barbe partent des ramifications secondaires : les barbules, pourvues de minuscules crochets qui se fixent à la rangée voisine à la manière d’une fermeture éclair. Cette structure confère à la fois flexibilité et résistance à la plume. La surface de la
duvet barbule plume de couverture calamus barbe rachis
plumes avec son bec réorganise la structure. En cas de dommage plus grave, la prochaine mue solutionnera le problème.
Figure 13-B: grossissement d'une barbe, Figure 13-C : détails des crochets montrant le réseau entrelacé de barbules. (72) des barbules. (72)
Les barbes des premières rémiges, sont plus denses à leur base, de ce fait ces plumes ont un « carénage » particulier. Ce sont les plumes qui frappent l’air avec le plus de vitesse (elles sont en bout d’aile), leur forme et leur résistance particulière y sont adaptées.
En outre, le rachis donne à chaque plume une coupe donnée, adaptée à un travail bien précis.
Figure 13-D : différents types de plumes : (1) : semi-plume, (2) : filoplume, (3) : plumule (duvet), (4) penne avec plume secondaire (hyporachis), jouant un rôle isolant. (72)
1
2
3
• Rôle des plumes
Chaque groupe de plumes joue un rôle bien particulier dans le vol, et chaque plume est modelée afin de répondre au mieux à sa fonction au sein du groupe.
- Les premières rémiges (fig. 14), groupe le plus distal sur l’aile, fixées à la section correspondant à la main, jouent le rôle d’hélice, elles assurent la propulsion de l’oiseau.
- Les rémiges secondaires, sont, elles, insérées sur l’avant bras, plus faibles et plus flexibles que les précédentes, elles constituent l’essentiel de la surface portante de l’aile.
- Les rémiges tertiaires naissent du coude. Bien que très développées chez les grands rapaces (condor …) elles jouent un rôle moins important dans le vol.
- Les scapulaires (fig. 15) s’insèrent sur la membrane scapulaire.
- L’alule.
L’alule, ou rémiges bâtardes, est une structure intéressante qui agit comme une surface sustentatrice supplémentaire devant le bord d’attaque de l’aile. Son faisceau de petites plumes raides forme un plan auxiliaire avec un certain angle par rapport à l’aile ; il est levé ou abaissé à volonté pour éviter le décrochage en vol.
Dans des conditions normales de vol, l’alule est repliée en arrière, mais lorsque l’oiseau approche de sa vitesse minimale de sustentation, des turbulences sur l’extrados apparaissent, turbulences défavorables à la sustentation (fig. 16). L’alule est alors déployée vers l’avant, et l’encoche créée provoque l’accélération de l’air qui s’y engouffre. Le petit plan et la fente constitués par l’alule dirigent les courants aériens avant qu’ils ne frappent l’aile, réduisant les turbulences causées par le plan principal. L’alule restaure ainsi un écoulement rapide et régulier au dessus de l’aile.
Figure14: implantation des plumes sur l'aile. (84)
Figure 15: position des différents groupes de plumes sur l’aile. (92)
rémiges primaires rémiges secondaires primaires secondaires alule scapulaires plumes de couvertures cubitus humérus rémiges bâtardes ou alule radius
Figure 16: rôle de l'alule. (51)
• Adaptation des rémiges
La longueur et la forme des rémiges primaires vont déterminer l’aspect de l’extrémité de l’aile chez l’oiseau. Si l’albatros et le fou ont une aile pointue, celle du vautour fauve d’aspect fendu est tout à fait différente. Chez ce dernier, les primaires sont découpées ou effrangées à leur pointe. Elles sont dites émarginées (fig. 17).
aile
zone de perturbations marquées
alule
Figure 17: rémiges primaires. (7, 17, 73)
L’émargination augmente la séparation des primaires ; quand l’aile est complètement ouverte, elle comporte presque au bout des indentations ou des créneaux. La première primaire des rapaces planeurs est en outre nettement plus incurvée que la seconde ou la troisième, accentuant la séparation de ces plumes en vol. Cette émargination a pour effet de réduire les turbulences à la pointe de l’aile en permettant à l’air de glisser à travers les interstices. De la même manière que l’alule, elle retarde le décrochage en vol lent.
échancrure rachis vexille interne vexille externe primaire émmarginée
Fou de bassan Goéland argenté Faucon américain Vautour fauve
Pélican brun Balbuzard Faucon pèlerin
Aspect de la pointe des ailes chez différents
2.2.2. Les ailes.
• Anatomie et rôle principal de l’aile (fig. 18)
Une aile d’oiseau ne doit pas être considérée comme une pièce unique de l’équipement de vol, mais comme un ensemble de plusieurs pièces, chacune ayant un rôle bien particulier.
- La première moitié de l’aile, qui s’étend de l’épaule au poignet est comparable à l’aile d’un avion. C’est cette partie qui bouge le moins en comparaison du reste de l’aile, elle assure l’essentiel de la portance de l’oiseau. La jointure de l’épaule est faite de telle manière que lorsque l’aile est étendue, l’angle le plus adéquat à la portance est automatiquement pris par cette dernière. Cette partie de l’aile est profilée similairement à une aile d’avion, afin d’apporter la meilleure portance possible. A cet effet, chaque plume possède une forme particulière selon sa place sur l’aile, afin d’optimiser cette recherche de portance maximale.
Lors d’un battement d’aile vers le bas, l’air propulsé vers le bas par cette partie de l’aile, rajoute à l’effet de portance.
- La seconde partie de l’aile, débutant au poignet, constitue l’élément de propulsion, c’est l’hélice de l’oiseau. Pendant le mouvement descendant de l’aile, la supination du carpe provoque le déplacement de la main vers l’avant et vers le bas. Les rémiges primaires se chevauchent, la surface est imperméable à l’air, la résistance est alors maximale. La structure particulière des rémiges primaires présente une différence de rigidité entre le bord d’attaque et le bord de fuite. De ce fait ces deux parties réagissent différemment à la pression de l’air. Le bord de fuite se courbe plus aisément, ainsi chaque rémige se comporte comme la pale d’un petit propulseur en chassant l’air vers l’arrière de l’aile. L’oiseau est alors propulsé vers l’avant.
Le coup d’aile vers le bas est donc à la fois responsable de la portance et de la propulsion. La descente dure les deux tiers du temps d’un battement complet.
Lors du coup d’aile vers le haut, l’aile pivote autour de l’épaule afin d’accroître l’angle d’attaque, elle oppose ainsi un minimum de résistance à l’air.
Figure 18: anatomie des os de l’aile. (76)
(A : phalanges, B : main, C : alule, D : métacarpe, E : poignet, F : ulna, G : radius, H : coude, I : humerus, J : épaule)
• Autres fonctions pendant le vol. - Equilibre et stabilité
L’oiseau en vol que nous avons considéré en début d’étude, est en équilibre sous l’action des quatre forces que sont : la portance / le poids, la traînée / la poussée. Dans la pratique, de nombreux paramètres modifient sans cesse la valeur des forces qui s’exercent sur l’oiseau (bourrasques de vents…). Ce dernier ajuste en fait perpétuellement la position de ses ailes, en modifiant leur angle d’attaque, son envergure, ou en écartant plus ou moins ses primaires. Les ailes sont l’élément fondateur au maintien de l’équilibre.
- Effet redresseur des ailes : influence de la flèche. La flèche est l’angle formé par l’aile avec une perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’oiseau (fig. 19). L’oiseau soumis à un vent relatif de direction oblique par rapport à son axe de symétrie, peut, sous cette contrainte, déraper de sa direction d’origine. En avançant une aile, la traînée de cette dernière augmente par rapport à l’autre et de ce fait, un effet redresseur, opposé à celui du vent apparaît. Ainsi, l’oiseau peut conserver une direction voulue en jouant sur la position plus ou moins avancée d’une de ses ailes par rapport à l’autre.
Figure 19: influence de la flèche. (13)
- Effet redresseur des ailes : influence du dièdre.
Si vue de face, l’extrémité d’une aile apparaît plus haute que le corps de l’oiseau, l’aile est dite présenter du dièdre (fig. 20).
Figure 20: influence du dièdre. (13)
De la même manière que précédemment mais cette fois ci dans un plan vertical, les oiseaux augmentent leur stabilité en maintenant un certain dièdre entre leurs ailes. En relevant plus ou mois une aile par rapport à l’autre, l’oiseau tire profit d’un effet redresseur dans un sens ou dans l’autre.
traînée
traînée
vent relatif
effet redresseur
- Contrôle de la direction
En battant plus rapidement d’une aile que de l’autre, un oiseau peut aussi changer de direction.
2.2.3. La queue .
• Anatomie de la queue
Le croupion supporte les plumes qui composent la queue des oiseaux. Il est garni de plumes de couvertures à la base (sus caudales et sous caudales), et de grandes plumes à l’extrémité, les rectrices ou caudales, qui lui confèrent sa forme.
La queue des oiseaux est variable en forme et en taille, adaptée à un vol particulier, sur un terrain spécifique (fig. 21).
- Longue queue ouverte en éventail. (fig. 21-A)
Adaptée aux vols de poursuites précis. Elle permet de freiner et de circuler dans un terrain accidenté parsemé d’obstacles. C’est le cas chez les éperviers ou les autours où la longueur de la queue atteint 65 à 85% de celle de l’aile. Cette queue agissant à la manière d’un gouvernail, confère l’agilité nécessaire à ce type de chasse poursuite. Lorsqu’il leur est nécessaire de planer, ils étalent leur queue pour augmenter la portance.
- Longue queue fourchue. (fig. 21-B)
Typique du milan royal. Les rectrices externes ont une longueur pouvant atteindre 65 à 80% de la longueur de l’aile, mais les rectrices médianes sont beaucoup plus courtes. La fonction de cette queue n’est pas tout à fait élucidée. Ouverte, elle semble fonctionner comme un très long volet d’aile séparé par une fente du bord de fuite de l’aile, augmentant la portance à faible vitesse. Grâce aux rectrices externes raides, elle peut aussi constituer une seconde aile ou surface portante située un peu au dessous des ailes principales et conférer à l’oiseau les performances d’un biplan (ce type d’avion peut voler lentement et est plus maniable qu’un monoplan (3)). Ce type de queue constitue vraisemblablement une adaptation au vol lent et agile.
- Longue queue cunéiforme ou étagée. (fig. 21-C) Typique du Gypaète. Oiseau de vol lent, cette queue lancéolée lui permettrait de tourner sur place, contrairement au vautour fauve, détenteur d’une queue courte, qui est lui prisonnier des trajectoires tendues.
Cette classification n’a rien d’exhaustive, elle ne donne qu’un aperçu de la variabilité dans la morphologie des queues des oiseaux, sachant qu’ils peuvent là encore modifier forme et surface selon les besoins.
Figure 21: différentes formes de queues. (3, 67)
• Rôle de la queue
La queue d’un oiseau a des rôles multiples. Elle peut bouger dans toutes les directions, agir comme un frein, ou encore présenter des encoches qui influent sur la portance comme nous l’avons vu précédemment avec les primaires émarginées.
- Rôle dans la stabilité longitudinale (fig. 22).
La queue évite les mouvements de cabrer, et plus elle est longue, plus l’oiseau est stable. Considérons un oiseau rencontrant une rafale ascendante provoquant par action sur les ailes un mouvement de cabrer. Dans le même temps, cette même rafale exerce sur la queue une force dont l’action sur l’oiseau sera contraire au cabrage. Cet effet stabilisateur de la queue dépend essentiellement de sa surface, ajustable par l’oiseau.
Epervier A
Milan B
Gypaète
Figure 22 : rôle stabilisateur de la queue dans les mouvements de cabrer. (13)
- Contrôle directionnel et longitudinal
Ce rôle est explicite lorsque l’on voit un milan voler. Sans arrêt sa longue queue bouge, il fait sans cesse de petites corrections pour manœuvrer à sa guise.
- Maintien de l’altitude à vitesse lente
En étalant leurs rectrices, la plupart des oiseaux peuvent modifier leur surface caudale par un facteur de trois ou quatre. A haute vitesse, ils maintiennent leur queue fermée. A faible vitesse, leur queue étalée forme une surface auxiliaire située derrière et sous les ailes, qui contribue à aspirer l’air et augmente le coefficient de glisse de l’aile. En espace découvert, elle peut apporter un appoint à la surface portante, (technique largement utilisée par le faucon crécerelle).
En ouvrant sa queue, l’oiseau augmente nettement sa portance.
Ces grandes lignes sur l’équipement de vol des oiseaux, nous donnent déjà un aperçu de la diversité des réponses proposées par ces derniers à la pratique du vol dans le milieu aérien.
Nous allons maintenant découvrir plus précisément les particularités adaptatives répondant à l’activité prédatrice développée par ces animaux.
Nous consacrerons dans un premier temps notre étude aux oiseaux dont le vol est essentiellement un moyen de repérage des proies, puis dans un second temps, nous nous attacherons à ceux chez qui le vol est l’élément déterminant de la capture des proies.
effet cabreur effet
piqueur de la queue
2
èmePartie : Le vol, élément essentiel au repérage
des proies dans l’activité prédatrice
.Certains oiseaux passent l’essentiel de leur temps en vol, à la recherche de leur nourriture. Cette option de chasse doit être rentable sur le plan énergétique ; ainsi, ils ont dû développer pour subvenir à leurs besoins, un vol peu coûteux en énergie.
Nous allons dans un premier temps découvrir les choix adaptatifs des grands planeurs des espaces continentaux : les vautours et condors.
1. Vol plané au dessus des terres.
1.1. Descriptif et équipement de vol des oiseaux planeurs.
Ces oiseaux présentent des silhouettes massives, ils disposent d’ailes longues et larges. Leur vol caractéristique en glissade s’accompagne d’un sifflement bourdonnant s’intensifiant avec la vitesse dénotant de la rugueur, de la raideur et de la robustesse de leurs rémiges. Les caractéristiques physiques de ces oiseaux leur confèrent une bonne portance adaptée à un vol plané à faible vitesse, avec un seuil de décrochage repoussé à des valeurs relativement basses.
Un des plus éminents utilisateurs du vol plané est certainement le vautour
fauve (Gyps fulvus).
1.1.1. Particularités physiques. (figs. 23, 24).
• Morphologie
L’oiseau, robuste, présente une longueur du bec à la queue d’environ 100 cm, une envergure de 2.50 m pour un poids variant de 7 à 12 Kg. (18, 40)
Son corps est aérodynamique et le volume de ses sacs aériens lui permet de diminuer sa densité corporelle. Ces derniers, en plus des proprié tés respiratoires,
participent au maintien des viscères abdominaux, et leur position plutôt dorsale par rapport à l’organisme abaisse le centre de gravité de l’animal et, donc, stabilise son vol. (35)
Son envergure considérable lui confère une surface portante qui l’est tout autant. Sa forte longueur d’aile confère une plus grande finesse au plané, la charge alaire basse de 76 N/m² permet de réduire la vitesse seuil de décrochage. (36) Cependant, cette valeur est relativement élevée en comparaison à d’autres planeurs proches tel que le vautour percnoptère (59 N/m²), ce qui explique la difficulté de ces grands vautours à soutenir longtemps un vol battu, mais aussi leur facilité à parcourir de grandes distances, car la lourdeur confère de la rapidité dans les vols de transition : un griffon, vautour du genre Gyps dont fait partie le vautour fauve, partant de 300 m d’altitude peut atteindre en 6 minutes n’importe quel point situé sur un rayon de 4.5 km. (45) En contrepartie, ces oiseaux sont particulièrement tributaires du développement d’ascendances qui les portent.
L’allongement de 7, (4) relativement conséquent, procure à l’oiseau une efficacité certaine pour le plané et le rend apte à parcourir une longue distance en perdant le minimum d’altitude. (11)
• Le plumage
Les ailes et la queue portent les grandes plumes essentielles au vol, qui sont respectivement, les rémiges et les rectrices.
Les rémiges primaires, implantées sur le carpométacarpe et sur les phalanges, emplument les mains de l’oiseau. Comme la plupart des grands oiseaux, les vautours en ont dix par aile. Les plus longues atteignent 71 cm. Elles confèrent l’essentiel de sa longueur au segment distal de l’aile. Elles sont de couleur brun noir, pigmentées par de la mélanine qui les rend particulièrement solides. En vol battu, les primaires assurent la poussée motrice de l’aile.
En vol plané, les sept premières sont étalées et se distinguent comme des doigts. Cette émargination caractéristique de l’aile de ces oiseaux permet de réduire les turbulences à la pointe de l’aile (cf. partie I : 2.1.2), mais aussi de réduire la torsion de l’aile : chacune des primaires séparée joue individuellement le rôle d’un plan porteur et plie de façon variable sous la charge aérodynamique, selon sa position et sa longueur. Elles se présentent alors courbées par l’air, semblant goûter le vent. Leur jeu permet aussi d’ajuster la position de l’oiseau dans un virage. (16) A l’atterrissage, le vautour érige son alule (cf partie I : 2.2.1), les trois plumes portées par son pouce, ce qui l’aide à freiner sa course.
Cette aile découpée permet aux rapaces de planer efficacement sans recourir à une longueur d’aile démesurée, observable chez les albatros.
Les rémiges secondaires emplument l’avant bras, qui est un long segment chez les vautours, et confèrent à l’oiseau l’essentiel de sa portance. Elles s’implantent sur un seul des deux os du rayon : l’ulna.
Ces plumes ont toutes la même longueur sur l’aile, leur lame est toujours symétrique de part et d’autre du tuyau. En vol, elles ne sont pas soumises à d’aussi rudes épreuves que les primaires.
dernière est utilisée comme gouvernail lors de déplacement lent ou bien dressé comme un aérofrein avant un atterrissage.
Figure 24: émargination des rémiges primaires. (4)
• Le lissage des plumes
Il a une signification vitale pour le vautour : il correspond à la visite pré vol. Ce dernier remet en ordre la moindre plume déplacée, élimine les corps étrangers qui s’y sont déposés et qui pourraient nuire à son aérodynamisme, et assure l’étanchéité à l’air en la graissant avec sa sécrétion uropygienne. Cet entretien est indispensable pour pratiquer le vol à voile avec des conditions physiques intrinsèques optimales. Ce soin permanent permet au vautour de se maintenir en état de vol et donc de pouvoir décoller à tout moment.
1.1.2. Adaptations particulières à la pratique du vol à voile. (34)
• Perception de l’ascendance
Les mécanismes de détection des ascendances ne sont pas encore élucidés. Plusieurs hypothèses sont alors en attente de validation. (4). Certains pensent que la sensibilité proprioceptive à la traversée d’une masse d’air est le mécanisme physiologique majeur. D’autres supposent qu’une perception dans l’infrarouge leur permettrait de repérer les masses d’air chaud. La présence de thermorécepteurs situés dans le bec, voire aussi la perception des vibrations de l’air chaud et des particules qui s’élèvent sont deux autres
hypothèses proposées. Enfin la mémorisation d’indices visuels comme par exemple la présence des cumulus au dessus des colonnes d’air chaud est envisagée. (44)
• Perception du courant.
Grâce à ses récepteurs proprioceptifs, l’oiseau planeur ressent la colonne où l’air s’élève le plus vite, imprimant une plus grande tension à ses muscles alaires. Le vautour reconnaît immédiatement qu’il approche du sommet de l’ascendance, où le gain d’altitude devient faible, et s’échappe alors aussitôt en vol de transition. (34)
L’oreille interne semble être le siège d’un organe propre aux oiseaux et particulièrement sensible chez les planeurs : organe sensible aux variations même infimes de pression.
Chaque plume de contour est de plus associée à une filoplume reliée à un récepteur sensoriel cutané. (37). Ainsi le moindre déplacement de la tectrice est intégré par l’oiseau, ce qui lui permet d’ajuster sa position par rapport au vent.
1.1.3. L’oiseau dans son milieu naturel.
• Silhouette. (fig. 23) (4, 18)
Au sol, ses ailes imposantes ne sont pas complètement ramassées au dessus de sa queue courte. Les rémiges secondaires se recouvrent peu et forment comme un large rideau foncé au bas de chaque aile. L’articulation du poignet, portée haut, se détache du corps et semble affubler l’oiseau « d’épaules » saillantes.
Dans les airs, l’oiseau prend sa réelle dimension ; il perd la lourdeur dont il fait preuve au sol lors de ses déplacements. Il plane avec une remarquable aisance, et bat rarement des ailes. Sa corpulence, ses ailes larges et sa queue courte légèrement arrondie rappellent la silhouette des aigles.
En vol plané, quand l’oiseau est vu de dessous, l’aile, totalement étalée apparaît comme un long rectangle. Son bord postérieur est convexe. A son extrémité, les rémiges primaires se découpent nettement comme sept longs doigts. Les trois rémiges primaires les plus internes forment le bord postérieur de la main. Plus courtes que les autres et que les rémiges secondaires adjacentes, elles marquent un resserrement caractéristique du contour arrière de l’aile. De profil, l’oiseau tient ses ailes en V très ouvert, les poignets plus haut que les aisselles. Ses ailes sont cambrées ; sa tête tenue basse devant sa poitrine accentue
Pendant les vols de transition, ou glissades entre deux ascendances (cf. partie II, 1.2.), le vautour fléchit ses ailes, ce qui leur fait perdre leur forme rectangulaire. Il replie ses mains vers l’arrière et ferme légèrement les coudes en les rapprochant de son corps. L’extrémité de l’aile apparaît effilée et le bord de fuite incurvé en « S » ouvert.
Les extrémités des rémiges primaires s’adaptent sans arrêt aux variations des courants, chacune jouant le rôle d’un plan porteur. La forme en U des échancrures, permet un écoulement d’air améliorant la portance et la stabilité. (13)
L’oiseau est capable à tout moment d’adapter la géométrie de sa voilure à la vitesse et à la trajectoire souhaitée. Il étale ses plumes en vol pour bénéficier de la surface maximale de voilure ou bien au contraire les resserre et replie les ailes pour accroître son taux de chute. En fonction des stimuli perçus et du déplacement souhaité, le vautour ajuste sans cesse la position de sa queue, l’angulation de ses ailes, fait varier les caractéristiques de la surface portante par le jeu de ses plumes. L’ensemble de ces observations a vu sa confirmation expérimentale sous forme de modèles mathématiques chez de nombreux auteurs. (41, 42, 43, 55).
1.2. Technique du vol à voile. (4, 13, 16)
1.2.1. Principe.
L’oiseau utilise la force de gravité afin de maintenir un écoulement d’air suffisamment rapide au dessus des ailes, en accentuant la pente si besoin. (13)
On distinguera dans le vol plané, deux entités :
• Le vol glissé ou plané proprement dit.
Il consiste à couvrir une distance en ligne droite en perdant le moins d’altitude possible. Cette glissade plus ou moins longue est commandée par l’extension ou le fléchissement des ailes, qui règlent la surface portante, et par l’inclinaison de la trajectoire.
• Le vol à voile.
La vitesse de poussée ascensionnelle est supérieure à la vitesse de chute de l’oiseau. Dans ce cas là, l’oiseau toujours sans battre des ailes, gagne en altitude.
Le vol plané de ces oiseaux est stable, constamment ajusté par de petits mouvements des rémiges primaires, de l’alule et de la courbure de l’aile.
Comme nous le verrons plus tard, les oiseaux planeurs usent consécutivement de ces deux types de vol plané afin de couvrir leur territoire de chasse, en battant le moins souvent possible des ailes. Ce type de vol est peu coûteux en énergie, un oiseau de grande taille pourrait ainsi réduire 23 fois sa dépense énergétique en planant plutôt qu’en battant des ailes. (45)
1.2.2. Origine de la poussée ascensionnelle ; les ascendances. (fig. 25)
• Les ascendances peuvent être dues à l’orographie, l’oiseau profite tout simplement des déviations de l’air vers le haut, suite à la butée du vent sur un relief, ou suite à la rencontre de deux masses d’air. Ce type d’ascendance ne dépend que des caractéristiques du relief et de la force et de la direction du vent ; ces courants utilisables toute l’année se forment par exemple le long d’une paroi naturelle, une colline, un côteau…
• Des phénomènes de turbulences peuvent eux aussi fournir un courant sustentateur pour ces oiseaux. Des tourbillons naissent de la rencontre d’un courant d’air avec tout autre obstacle, que ce soit un arbre, un bâtiment, un sommet abrupt, ou même un autre courant d’air.
• Enfin, ces ascendances peuvent résulter de mouvements de convection d’air réchauffé, plus communément appelés thermiques.
L’air réchauffé au niveau du sol s’élève en formant une ou plusieurs colonnes. L’air est aspiré au centre de cette colonne au fur et à mesure qu’elle monte, cela sur une centaine de mètres, puis après quelques minutes, la colonne se dilate dans l’atmosphère en formant une gigantesque bulle ou vortex, n’ayant aucun contact avec le sol et perdurant tant que la température de la bulle est supérieure à celle de l’air environnant. Cette bulle peut atteindre des altitudes de 2 à 3 kilomètres.
En restant à l’intérieur de ces courants par un vol circulaire, l’oiseau peut s’élever à un coût énergétique moindre. Si l’oiseau veut bénéficier de l’élévation la plus puissante, il doit alors décrire des cercles dont le rayon est le plus faible possible, à l’intérieur de ces bulles.
Les conditions météorologiques régissent donc ce type de vol ; ainsi, en Espagne, l’activité des rapaces augmentait le matin avec la température de l’air, puis diminuait en milieu d’après midi en raison de l’affaiblissement des températures et donc des thermiques. En présence de vent, les thermiques sont plus faibles mais plus nombreux ; ils se déplacent avec le vent. (21)
Figure 25: les ascendances. (45)
Ascendances au dessus des reliefs
Turbulences
Convergence de 2 masses d’air Thermiques
1.3. Performance de vol des vautours.
1.3.1. Eviction du vol battu.
Les vautours ne sont pas des adeptes du vol battu, pour lequel ils ne sont pas bâtis : grands et lourds, ils ont du mal à se sustenter longtemps ainsi. Toutefois ils sont parfois obligés de battre des ailes : pour décoller du sol, surtout alourdis par un jabot plein, ou pour se maintenir en l’air faute d’ascendances. L’énergie requise est considérable pour un oiseau lourd : pour se maintenir dans les airs en vol battu, un Condor devrait mouvoir ses ailes au rythme effréné de 160 battements par minute ! (4) C’est pourquoi ces oiseaux limitent autant que possible ces phases épuisantes.
1.3.2. Des spécialistes du vol à voile.
• Prouesses techniques (fig. 26).
Servi par sa maniabilité et sa faible charge alaire (comparée à tous nos engins volants), le vautour cercle au plus prêt du cœur du thermique et atteint facilement une vitesse ascensionnelle de 3-4 m/sec. (2) Pour les mêmes raisons, il est relativement à l’aise dans les turbulences, aidé par sa capacité d’ajuster finement sa silhouette et sa position à chaque instant, et il se déjoue plutôt bien du cisaillement qui s’exerce aux alentours immédiats de la colonne d’air ascendant. Il est capable de gagner de l’altitude en traversant un thermique fort sans avoir à s’y arrêter pour cercler, et d’exploiter de relativement faibles ascendances le matin ou par mauvais temps.
• Altitude
Le vautour stabilise généralement son ascension à une altitude comprise entre 300 et 600 m, mais il peut facilement monter à 4000 m. En quittant un thermique à 2000-3000 m d’altitude, il bénéficie d’une autonomie de planer d’environ 10 K m avant de devoir trouver une nouvelle ascendance. Un cas exceptionnel rapporte la collision entre un avion et un vautour de Rüppel à une altitude record de 12 000 m au dessus de la cote d’ivoire. (36)
Physiologiquement, à 3000 m d’altitude, l’organisme endure le froid et la raréfaction de l’oxygène ; l’oiseau y fait face grâce à la qualité isolante de l’épais sous duvet, et à la possession de plusieurs hémoglobines d’affinités différentes pour le gaz vital (Mundy en a isolé 4 chez le Rüppel) (36)
• Endurance
Le vautour parcourt de longues distances en dépensant un minimum d’énergie : Pennycuick (44) a démontré que pour un oiseau aux caractéristiques aérodynamiques du vautour africain à dos blanc (Gyps africanus), une heure de vol à voile à la vitesse moyenne de 44 K m/h consomme au Km 0.38 Kcal, contre 12 Kcal/K m pour un vol battu à la même vitesse. Le vol à voile est sur le plan énergétique 30 fois plus économique que le vol battu ; c’est une adaptation vitale à l’exploitation d’une nourriture dispersée et de répartition aléatoire.
• Rapidité (fig. 27)
Un vautour est capable d’atteindre plus rapidement que n’importe quel charognard terrestre un cadavre, puisqu’il peut s’y rendre en vol à la vitesse moyenne de 70 K m/h, sans buter sur aucun obstacle naturel tel qu’un canyon. En 5 heures de vol, les grands vautours peuvent explorer un territoire de 110 K m de rayon alors qu’une tribu de hyènes, principales concurrentes de ces oiseaux en Afrique, ne recherche sa nourriture que sur 30 à 50 km. (44 et 45)
La vitesse de pointe atteint 96 K m/h, en allure de croisière elle oscille entre 30 et 70 Km/h.
(La chute d’un vautour attire l’attention d’un autre vers une carcasse, située dans notre exemple à 3.5 Km. Descendant à 70 Km/h, ce dernier atteint la charogne en 3 min, contre 4 min.25 s pour une hyène courant à 40 Km/h.)
Figure 27 : rapidité des vautours. (45)
1.3.3. Facteurs limitants. (4)
Le brouillard et les fortes précipitations bloquent les oiseaux dans les falaises, faute de courants porteurs. Toutefois sur de courtes distances de 1 à 2 Km, ils peuvent se déplacer en vol battu.
De ce fait, l’hiver, ou lors de printemps pluvieux, les vautours s’absentent de leur reposoir presque deux fois moins longtemps que l’été.
1.4. Le vol de prospection. (fig. 28)
1.4.1. Le vautour. (16)
Le vautour s’élance généralement de sa falaise en milieu ou en fin de matinée, lorsque le soleil a réchauffé la basse atmosphère. Aussitôt, il s’élève, porté par les ascendances, et tout en tournoyant dans la colonne d’air, observe minutieusement le sol. Une fois la montée en spirale terminée, le vautour part en vol de transition rectiligne dans la direction qu’il a choisi, jusqu’à un prochain ascenseur. Ainsi, il peut couvrir sans effort
kilomètres minute
Les savanes africaines offrent des ascendances formant de véritables routes thermiques pour les vautours de Rüppel qui peuvent ainsi planer sur 32 Km sans perdre plus de 520 mètres.
Figure 28 : vol de prospection des vautours. (45)
• Notion de territoire et de domaine vital :
Le territoire est l’espace défendu par un couple d’oiseaux face aux intrus d’espèces identiques à la leur et concurrentes. (38) C’est généralement en son sein que l’on trouve le nid. Il est pratiquement inexistant pour le vautour fauve, ne défendant que l’aire représentée par le nid et ses abords directs. Il est donc plus intéressant de considérer le domaine vital, qui est l’espace régulièrement parcouru par un individu à la recherche de sa nourriture.
Chez les rapaces, en règle générale, le domaine vital a tendance à augmenter avec la taille de l’oiseau. Ce serait en outre une conséquence de la plus grande facilité qu’ont les oiseaux lourds à parcourir de longues distances. (4)
Pennycuick (44) propose un classement concernant les habitudes de prospection des vautours :
